- Tính toán thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều, ống tuần hoàn tâm - Cân bằng chất, cân bằng năng lượng cho quá trình. - Bản vẽ lắp thiết bị. - Bản vẽ dây chuyền hệ thống cô đặc thiết bị - Tính toán thiết bị phụ trợ: thiết bị ba rô mét
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án QT – TB CNHH & Thực phẩm TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC BỘ MƠN Q TRÌNH – THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HĨA VÀ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN MƠN HỌC TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐẶC HAI NỒI XI CHIỀU LOẠI CĨ ỐNG TUẦN HỒN Ở TÂM ĐỂ CƠ ĐẶC DUNG DỊCH NaOH VỚI NĂNG SUẤT 4,7 KG/S Người thiết kế: Lớp, khóa : Người hướng dẫn : GVC.TS Phùng Lan Hương HÀ NỘI 2012 SVTH : L ớp KTHH Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án QT – TB CNHH & Thực phẩm I – LÝ THUYẾT VỀ CÔ ĐẶC : 1.1 LÝ THUYẾT CƠ ĐẶC : Cơ đặc q trình làm bay phần dung mơi dung dịch chứa chất tan không bay nhiệt độ sơi, nhằm mục đích : - Làm tăng nồng độ chất tan Tách chất rắn hòa tan dạng tinh thể (kết tinh) Thu dung môi dạng nguyên chất (cất nước) … Cô đặc tiến hành nhiệt độ sôi, áp suất (áp suất chân không, áp suất thường hay áp suất dư), hệ thống thiết bị cô đặc (nồi), hay hệ thống nhiều thiết bị đặc Q trình tiến hành gián đoạn hay liên tục Hơi bay q trình đặc thường nước, gọi “hơi thứ”, thường có nhiệt độ cao, ẩn nhiệt hóa lớn nên sử dụng làm đốt cho nồi cô đặc sau Nếu “hơi thứ” sử dụng ngồi dây chuyền đặc gọi “hơi phụ” Cô đặc chân không dùng cho dung dịch có nhiệt độ sơi cao dung dịch dễ phân hủy nhiệt, ngồi làm tăng hiệu số nhiệt độ đốt nhiệt độ sôi trung bình dung dịch (hiệu số nhiệt độ hữu ích), dẫn đến giảm bề mặt truyền nhiệt Mặt khác cô đặc chân khơng nhiệt độ sơi dung dịch thấp nên tận dụng nhiệt thừa trình sản xuất khác (hoặc sử dụng thứ) cho q trình đặc Cơ đặc áp suất cao áp suất khí thường dùng cho dung dịch không bị phân hủy nhiệt độ cao dung dịch muối vô cơ, để sử dụng thứ cho q trình đặc q trình đun nóng khác Còn đặc áp suất khí thứ khơng sử dụng mà thải ngồi khơng khí Đây phương pháp đơn giản không kinh tế Trong thiết bị đặc nhiều nồi nồi thường làm việc áp suất lớn áp suất khí quyển, nồi sau làm việc áp suất chân khơng 1.2NGUN LÝ CƠ ĐẶC : Cả phương pháp đặc dùng phòng đốt ngồi dùng ống tuần hoàn tâm dựa nguyên lý : đốt ống truyền nhiệt, dung dịch ống truyền nhiệt; dung dịch bị đung nóng đến nhiệt độ sôi tạo thành hỗn hợp lỏng hơi; sau phần (hơi thứ) tách phía dung dịch tiếp tục tuần hồn để tiếp tục cô đặc lên nồng độ cao 1.3PHƯƠNG PHÁP CƠ ĐẶC NỒI XI CHIỀU : Cơ đặc nồi ( hay nhiều nồi) trình sử dụng thứ thay đốt, có ý nghĩa mặt sử dụng nhiệt Nguyên tắc đặc nhiều nồi có thể tóm tắt sau : SVTH : L ớp KTHH Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án QT – TB CNHH & Thực phẩm Nồi thứ nhất, dung dịch đun nóng đốt, thứ nồi dùng làm đốt cho nồi 2… Hơi thứ nồi cuối đưa vào thiết bị ngưng tụ Dung dịch từ nồi sang nồi kia, qua nồi bốc phần, nồng độ tăng dần lên Hệ thống cô đặc xuôi chiều sử dụng phổ biến có ưu điểm : Dung dịch tự di chuyển từ nồi trước nồi sau nhờ chênh lệch áp suất nồi Cơ đặc nhiều nồi có hiệu cao mặt kinh tế, sử dụng thứ thay cho đốt Nhược điểm : Hệ số truyền nhiệt giảm từ nồi đầu đến nồi cuối 1.4CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ CÔ ĐẶC : 1.4.1 Thiết bị đặc loại có ống tuần hoàn tâm: Cấu tạo : Thùng chứa hh đầu Thùng cao vị 12 Bơm ly tâm Tbi gia nhiệt hh đầu 6,7.Thiết bị tháo nước ngưng 8,9.Buồng đốt nồi cô đặc 10 Thiết bị ngưng tụ Bazomet 11 Thiết bị thu hồi bọt 13 Bể chứa nước ngưng 14 Thùng chứa sản phẩm Nguyên lý hoạt động : Dung dịch đầu từ thùng chứa bơm vào thùng 3, sau chảy qua lưu lượng kế vào thiết bị đun nóng Ở dung dịch đun nóng đến nhiệt độ sôi vào thiết bị cô đặc thực q trình bốc Hơi thứ khí không ngưng qua phần thiết bị cô đặc vào thiết bị ngưng tụ Trong thiết bị ngưng tụ nước làm lạnh từ xuống, thứ ngưng tụ lại thành lỏng chảy qua ống 11 ngồi, khí khơng ngưng qua thi ết bị thu hồi bọt 10 vào bơm hút chân không Dung dịch sau cô đặc bơm d ưới đáy thiết bị cô đặc vào thùng chứa 1.4.2 THIẾT BỊ CƠ ĐẶC LOẠI PHỊNG ĐỐT NGỒI : Cấu tạo : Phòng đốt Phòng bốc Ống tuần hoàn Bộ phận tách bọt Ống dẫn hỗn hợp lỏng Nguyên lý hoạt động : Trên hình vẽ thiết bị đặc loại phòng đốt ngồi kiểu đứng Dung dịch vào phòng đốt đun sôi tạo thành hỗn hợp lỏng qua ống vào phòng bốc h ơi, thứ tách lên phía trên, dung dịch lại phòng đốt theo ống tuần hồn Các ống truyền nhiệt làm dài (đến 7m) nên cường độ tuần hoàn lớn SVTH : L ớp KTHH Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án QT – TB CNHH & Thực phẩm cường độ bốc lớn Đơi người ta ghép vài phòng đốt vào m ột buồng bốc để làm việc thay cần làm sữa chửa để đảm bảo trình làm việc liên tục Thiết bị đặc phòng đốt ngồi có kiểu nằm ngang, loại có phòng đốt thiết bị truyền nhiệt ống chữ U II – SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT : - Dây chuyền hệ thống đặc : (hình vẽ) Cấu tạo : Thùng chứa hỗn hợp đầu 10 Thiết bị ngưng tụ Baromet Thùng cao vị 11 Thiết bị thu hồi bọt 3; 12 Bơm ly tâm 13 Bể chứa nước ngưng Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 14 Thùng chứa sản phẩm 5; 6; Thiết bị tháo nước ngưng 8; Buồng đốt nồi cô đặc SVTH : Nguyên lý làm việc : Hệ thống đặc nồi xi chiều Trình tự làm việc : L ớp KTHH Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án QT – TB CNHH & Thực phẩm Dung dịch đầu (NaOH) đưa vào thùng (1) Sau bơm (3) đưa vào thùng cao vị (2) Ở thiết bị trao đổi nhiệt (4) dung dịch đun nóng sơ đến nhi ệt độ sơi vào buồng đốt (8) nồi một, dung dịch tiếp tục đun nóng thiết bị đun nóng kiểu ống chùm, dung dịch chảy ống truyền nhiệt, đốt đưa vào khơng gian ngồi ống để đun nóng dung dịch Nước ngưng đưa khỏi phòng đốt cửa tháo nước ngưng (6) Dung môi bốc lên buồng bốc nồi gọi thứ Hơi thứ nồi dùng làm đốt cho nồi Dung dịch từ nồi tự chảy sang nồi chênh lệch áp suất làm việc nồi, áp suất nồi sau nhỏ áp suất nồi trước Nhiệt độ nồi trước lớn nhiệt độ nồi sau, dung dịch vào nồi có nhiệt độ cao nhiệt độ sôi, kết dung dịch làm lạnh, lượng nhiệt làm bốc thêm lượng dung mơi, gọi q trình tự bốc Nhưng dung dịch vào nồi có nhiệt độ sơi nhỏ nhiệt độ sôi dung dịch nên phải đun nóng sơ dung dịch đầu trước vào buồng đốt nồi Dung dịch sản phẩm nồi bơm (12) đưa vào thùng chứa sản phẩm (14) Hơi thứ bốc khỏi nồi đưa vào thiết bị ngưng tụ Baromet (10) Trong thiết bị ngưng tụ nước lạnh từ xuống, cần ngưng từ lên, ngưng tụ chảy qua ống Baromet ngồi, khí khơng ngưng qua thiết bị thu hồi bọt (11) vào bơm hút chân khơng III – TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH : Các thơng số số liệu ban đầu : Dung dịch cô đặc : NaOH Nồng độ ban đầu (Xđ) : 10% khối lượng Nồng độ cuối (Xc) : 24% khối lượng Áp suất đốt (P1) : at Áp suất ngưng tụ (Png) : 0,2 at Chiều cao ống truyền nhiệt (H) : m Năng suất tính theo dung dịch đầu Gđ = 4,7 kg/s = 16920 kg/h Xác định tổng lượng thứ bốc khỏi hệ thống W : W = Gđ (1 - ) [kg/h] = 16920 (1 - ) = 9870 [kg/h] Tính lượng thứ bốc nồi Wi : Giả thiết : W1 : W2 = : 1,1 Suy : W1 = 9870 = 4700 [kg/h] W2 = 9870 – 4700 = 5170 [kg/h] Tính nồng độ cuối dung dịch nồi : + Nồi : X1 = = = 13,846 (%) + Nồi : X2 = Xc = 24 (%) SVTH : L ớp KTHH Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án QT – TB CNHH & Thực phẩm Chênh lệch áp suất chung hệ thống ∆P : chênh lệch áp suất ΔP hiệu số áp suất đốt sơ cấp p1 nồi áp suất thứ thiết bị ngưng tụ png : ΔP = p1 – png , [at] = – 0,2 = 4,8 [at] Xác định áp suất, nhiệt độ đốt cho nồi : - Giả thiết phân bố hiệu số áp suất đốt nồi : ΔP1 : ΔP2 = 2,4 : Suy : ΔP1 = = = 3,388 [at] p1 = at → p2 = p1 - ΔP1 = – 3,388 = 1,612 [at] Tra bảng I.251 trang 314, 315 sách “Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất t ập 1” ,ta có : + Nồi : Với P1 = at, ta có : Nhiệt độ đốt : T1 = 151,1 °C Nhiệt lượng riêng : i1 = 2754 103 J/kg Nhiệt hóa : r1 = 2117 103 J/kg + Nồi : Với P2 = 1,612 at, ta có : Nhiệt độ đốt : T2 = 112,916 °C Nhiệt lượng riêng : i2 = 2703,36 103 Nhiệt hóa : r2 = 2226,4 103 J/kg J/kg + Với Png = 0,2 at ta nhiệt độ : Tng = 59,7 °C Tính nhiệt độ áp suất thứ khỏi nồi : ti’ : nhiệt độ thứ khỏi nồi i Δi’’’ : tổn thất nhiệt độ sức cản thủy lực ống dẫn Ta chọn : Δ1’’’ = Δ2’’’ = °C ti’ = Ti+1 + Δi’’’ Nhiệt độ thứ khỏi nồi : t1’ = T2 + Δ1’’’ = 112,916 + = 113,916 °C Nhiệt độ thứ khỏi nồi : t2’ = Tng + Δ2’’’ = 59,7 + = 60,7 °C SVTH : L ớp KTHH Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án QT – TB CNHH & Thực phẩm Tra bảng I.251 trang 314, 315 sách “Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất t ập 1” ,ta có : + Nồi : với t1’ = 113,916 °C Áp suất thứ : p1’ = 1,668 at Nhiệt lượng riêng : i1’ = 2705,03 103 J/kg Nhiệt hóa : r1’ = 2223,62 103 J/kg + Nồi : với t2’ = 60,7 °C Áp suất thứ : p2’ = 0,211 at Nhiệt lượng riêng : i2’ = 2608,44 103 J/kg Nhiệt hóa : r2’ = 2355,56 103 J/kg Lập bảng tổng hợp số liệu : Hơi đốt Hơi thứ Nồ i p, at T, °C i 10 , J/kg r 10 , p , at J/kg 151,1 2754 2117 1,61 112,91 2703,3 2226, -3 -3 ' t’, °C 1,668 113,91 0,211 60,7 i’ 10-3, J/kg r’.10-3, J/kg X (%) 2705,0 2608,4 2223,6 2355,5 13,84 24 Tính tổn thất nhiệt độ cho nồi : 7.1 Tổn thất nhiệt độ áp suất thủy tĩnh tăng cao Δi’’ : Δi’’ = tsi – ti’ ti’ : nhiệt độ sôi ứng với áp suất pi’, °C tsi : nhiệt độ sơi trung bình dung dịch, xác định theo áp suất thủy tĩnh ptbi lớp khối chất lỏng, °C tsi = ti’ + Δi’ + Δi’’ [°C] Theo công thức [4-60] ta có : Áp suất thủy tĩnh lớp khối chất lỏng cần cô đặc : Ptbi = pi’ + (h1 + ) ρs g , N/m2 Trong : pi’ : Áp suất thứ mặt thoáng dung dịch , N/m2 h1 : chiều cao lớp dung dịch sôi kể từ miệng ống truyền nhiệt đến mặt thoáng dung dịch, chọn h1 = 0,5 m H : chiều cao ống truyền nhiệt, H = 2m SVTH : L ớp KTHH Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án QT – TB CNHH & Thực phẩm ρs : khối lượng riêng dung dịch sôi, kg/m3 g : gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 Ta có : + Nồi : p1’ = 1,668 at x1 = 13,846 (%) t1’ = 113,916 °C Tra số liệu theo bảng I.22 sổ tay hóa cơng tập I, ta có khối lượng riêng dung dịch NaOH ρdd1 = 1,151 103 kg/m3 (ở nhiệt độ thường) → ρs1 = → Ptb1 = 1,668 + (0,5 +) = 1,754 at (1 at = 9,81 N/m2) Tra bảng I.251 sổ tay hóa cơng tập I ta có ts1 = 115,472 °C → Δ1’’ = 115,472 °C – 113,916 °C = 1,556 °C + Nồi : p2’ = 0,211 at x2 = 24 (%) t2’ = 60,7 °C Tra bảng I.22 sổ tay hóa cơng tập I, ta có ρdd2 = 1,263 103 kg/m3 (ở nhiệt độ thường) → ρdds2 = → Ptb2 = 0,211 + (0,5 + ) = 0,306 at Tra bảng I.251 sổ tay hóa cơng tập I, ta có : ts2 = 69,10 °C → Δ2’’ = 69,10 °C – 60,7 °C = 8,4 °C 7.2 Tổn thất nhiệt độ nồng độ Δi’ : Được xác định theo công thức gần [4.59] Tysenco phương pháp Babo : Δi’ = f Δo’ = 16,2 Δo’ ,°C Trong : SVTH : L ớp KTHH Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án QT – TB CNHH & Thực phẩm Δo’ : tổn thất nhiệt độ nhiệt độ sôi dung dịch lớn nhiệt độ sôi dung môi nguyên chất áp suất thường Tsi : nhiệt độ sôi dung môi nguyên chất nhiệt độ cho, °K ri’ : ẩn nhiệt hóa dung mơi ngun chất, J/kg + Nồi : x1 = 13,846 (%) Ts1 = t1’ + 273 = 113,916 + 273 = 386,916 °K r1’ = 2223,62 103 J/kg Tra bảng VI.2.(T67) tổn thất nhiệt độ Δo’ theo nồng độ a (% khối lượng) sổ tay hóa cơng tập II với dung dịch cô đặc NaOH : Δ01’ = 4,49 °C → Δ1’ = 2,99 16,2 = 3,26 °C + Nồi : x2 = 24 (%) T2s = t2’ + 273 = 60,7 + 273 = 333,7 °K r2’ = 2355,56 103 J/kg Tra bảng VI.2 ta : Δ02’ = 11,4 °C → Δ2’ = 11,4 16,2 = 8,73 °C 7.3 Tổng tổn thất nhiệt độ hệ thống : ΣΔ = ΣΔi’ + ΣΔi’’ + ΣΔi’’’ = 3,26 + 8,73 + 1,556 + 8,4 + + = 23,964 °C Hiệu số nhiệt độ hữu ích hệ thống : Σ ΔTi = T1 – Tng – ΣΔ = 151,1 – 59,7 – 23,946 = 67,454 °C - Hiệu số nhiệt độ hữu ích nồi : + Nồi : ΔT1 = T1 – ts1 = T1 – t1’ – Δ1’ – Δ1’’ SVTH : L ớp KTHH Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án QT – TB CNHH & Thực phẩm = 151,1 – 113,916 – 3,26 – 1,556 = 32,368 °C ts1 = 151,1 – 32,368 = 118,732 °C + Nồi : ΔT2 = ΣΔT – ΔT1 = 67,454 – 32,368 = 35,086 °C ts2 = T2 – ΔT2 = 112,916 – 35,086 = 77,83 °C Lập bảng số liệu tổng hợp : Nồi Δ’, °C Δ’’, °C Δ’’’, °C ΔT, °C ts, °C 3,26 1,556 32,368 118,732 8,73 8,4 35,086 77,83 Thiết lập phương trình cân nhiệt lượng để tính lượng đốt D i , lượng thứ Wi nồi : 9.1 Thiết lập sơ đồ : W 1i 1' Di1 W 1i W 2i 2' Qm2 Qm1 GðCotso (Gð - W1 - W2)C2ts2 (Gð - W1)C1ts1 DCnc? W1Cnc? 9.2 Hệ phương trình cân nhiệt lượng : Các thông số dung dịch : - Nhiệt độ sôi dung dịch nồi : + tso : Nhiệt độ sôi dung dịch vào nồi 1, °C + ts1 : Nhiệt độ sôi dung dịch nồi 1, °C SVTH : L ớp KTHH Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án QT – TB CNHH & Thực phẩm + ts2 : Nhiệt độ sôi dung dịch nồi 2, °C ts0 = ts1 = 118,732 °C ts2 = 77,83 °C - Nhiệt dung riêng dung dịch nồi : Co, C1, C2 nhiệt dung riêng dung dịch vào nồi 1, n ồi n ồi 2, J/kg.độ + Dung dịch vào nồi : xo = 10% khối lượng Theo cơng thức I.43 – T152 “Sổ tay hóa cơng tập I” ta có nhi ệt dung riêng c dung d ịch vào nồi : Co = 4186 (1 – x) = 4186 (1 – 0,1) = 3767,4 J/kg.độ + Dung dịch vào nồi : x1 = 13,846% khối lượng Theo công thức I.43, ta có : C1 = 4186 (1 – 0,13846) = 3606,41 J/kg.độ + Dung dịch khỏi nồi : x2 = 24% khối lượng Theo công thức I.44 – T152 “Sổ tay hóa cơng tập I”, ta có : C2 = Cht 0,24 + 4186 (1 – 0,24) với Cht nhiệt dung riêng NaOH khan, J/kg.độ Theo cơng thức I.41 ta có nhiệt dung riêng hợp chất hóa học : Mc = n1c1 + n2c2 + … Trong : M : Khối lượng mol hợp chất C : Nhiệt dung riêng hợp chất, J/kg.độ n1, n2, … : số nguyên tử nguyên tố hợp chất c1, c2, … : Nhiệt dung nguyên tử nguyên tố tương ứng, J/kg nguyên tử.độ Tra bảng I.141 – Nhiệt dung nguyên tử nguyên tố, ta : c1 = 26000 J/kg.độ c2 = 16800 J/kg.độ c3 = 9630 J/kg.độ → 40 Cht = 26000 + 16800 + 9630 → Cht = 1310,75 J/kg.độ Suy nhiệt dung riêng dung dịch khỏi nồi : SVTH : L ớp KTHH Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án QT – TB CNHH & Thực phẩm C2 = 1310,75 0,24 + 4186 (1 – 0,24) = 3495,94 J/kg.độ Các thông số nước ngưng : - Nhiệt độ nước ngưng : θi : nhiệt độ nước ngưng tụ nồi i, °C θ1 = T1 = 151,1 °C θ2 = T2 = 112,916 °C - Nhiệt dung riêng nước ngưng tụ : Cnc1, Cnc2 – Nhiệt dung riêng nước ngưng tụ nồi 1, [J/kg.độ] Tra bảng I.148 – T166 “Sổ tay hóa cơng tập I”, ta có : Cnc1 = 4299,83 J/kg.độ Cnc2 = 4239,93 J/kg.độ Giải hệ phương trình : - Nồi : Di1 + GđCotso = W1i1’ + (Gđ – W1)C1ts1 + DCncθ1 + Qm1 - Nồi : W1i2 + (Gđ – W1)C1ts1 = W2i2’ + (Gđ – W1 – W2)C2ts2 + W1Cncθ2 + Qm2 - W1 + W2 = W Trong : D : lượng đốt vào nồi 1, kg/h Qm1, Qm2 : lượng nhiệt tổn thất môi trường xung quanh, tính 5% l ượng nhi ệt cung cấp cho nồi, J/h Giải hệ phương trình trên, ta có : W1 = D= W2 = W – W1 Thay số : W1 = 4755.53 kg/h SVTH : → tỷ lệ phân phối thứ W1 : W2 = : 1,075 L ớp KTHH Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án QT – TB CNHH & Thực phẩm W2 = 5114,47 kg/h D = 5254,48 kg/h → Lập bảng số liệu : C J/kg.độ Cnc J/kg.độ θ °C 3606,41 4299,83 3495,94 4239,93 Nổi W (kg/h) Giả thiết Tính tốn 151,1 4700 4755,53 Sai số ε, % 1,18 112,916 5170 5114,47 1,07 10 Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình nồi : 10.1 Tính hệ số cấp nhiệt α1 ngưng tụ : - Chọn ống truyền nhiệt có kích thước : 32 x (mm) dtrong = 32 mm, độ dày thành ống truyền nhiệt S = mm - Giả thiết chênh lệch nhiệt độ đốt thành ống truyền nhiệt + Nồi : Δt11 = 3,00 °C + Nồi : Δt12 = 3,20 °C - Thiết bị phòng đốt trung tâm (H=2m), ngưng tụ bên ống, màng nước ngưng chảy dòng hệ số cấp nhiệt tính theo cơng thức V.101 – Sổ tay hóa cơng tập : α1 = 2,04 A (0.25 [W/m2.độ] Với A : hệ số phụ thuộc nhiệt độ màng Xác định nhiệt độ màng : tm1 = T1 - = 151,10 – 3,00/2 = 149,60 °C tm2 = T2 - = 112,916 – 3,20/2 = 111,316 °C SVTH : L ớp KTHH Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án QT – TB CNHH & Thực phẩm T1 ? t1 tT1 ? tT tT2 ? t2 T2 α1 α2 δ ? Xác định A : Nội suy từ [2-29] sổ tay hóa cơng tập 2, ta có : tm1 = 149,60 °C → A1 = 195,44 tm2 = 111,316 °C → A2 = 184,09 Tính α1 : α11 = 2,04 195,44 ()0,25 = 9717,09 W/m2.độ α12 = 2,04 184,09 ()0,25 = 9120,45 W/m2.độ 10.2 Tính nhiệt tải riêng phía ngưng tụ : tính theo [5-324] q11 = α11 Δt11 = 9717,09 3,00 = 29151,27 W/m2 q12 = α12 Δt12 = 9120,45 3,20 = 29185,43 W/m2 Lập bảng số liệu : Nồi Δt1i, °C tm, °C A α1, W/m2.độ q1, W/m2 3,00 149,60 195,44 9717,09 29151,27 3,20 111,316 184,09 9120,45 29185,43 10.3 Tính hệ số cấp nhiệt α2 từ bề mặt đốt đến chất lỏng sơi : tính theo [5-324] α2i = 45,3 p’i0,5 Δt2i2,33 ψi [W/m2.độ] Trong : Δt2i – hiệu số nhiệt độ thành ống truyền nhiệt dung dịch, °C ψi – hệ số hiệu chỉnh nồi thứ nhất, ψi < SVTH : L ớp KTHH Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án QT – TB CNHH & Thực phẩm 10.3.1 Tính hiệu số nhiệt độ thành ống truyền nhiệt dung dịch : Hiệu số nhiệt độ bề mặt thành ống truyền nhiệt ΔtTi : + Tham khảo [2-4] : Nhiệt trở cặn bẩn phía dung dịch : r1 = 0,387 10-3 [m2.độ/W] Nhiệt trở cặn bẩn phía bão hòa : r2 = 0,240 10-3 [m2.độ/W] + Hệ số dẫn nhiệt vật liệu làm ống : theo [2-313] λ = 16,3 [W/m.độ] + Tổng nhiệt trở thành ống truyền nhiệt : Σr = r1 + r2 + Với δ – bề dày thành ống truyền nhiệt, δ = mm Σr = 0,387 10-3 + 0,240 10-3 + = 0,75 10-3 [m2.độ/W] + Tính ΔtTi : Nồi : ΔtT1 = q11 Σr = 29151,27 0,75 10-3 = 21,98 °C Nồi : ΔtT2 = q12 Σr = 29185,43 0,75 10-3 = 22,05 °C Hiệu số nhiệt độ thành ống truyền nhiệt dung dịch Δt2i : Nồi : Δt21 = ΔT1 – Δt11 – ΔtT1 = 32,37 – 3,00 – 21,98 = 7,39 °C Nồi : Δt22 = ΔT2 – Δt12 – ΔtT2 = 35,09 – 3,20 – 22,05 = 9,84 °C 10.3.2 Tính hệ số hiệu chỉnh nồi thứ i ψi : tính theo [5-324] Hệ số hiệu chỉnh nồi thứ : a Các thông số dung dịch : Tại ts1 = 118,732 ºC X1 = 13,846 % khối lượng + Tra bảng [1-9] → ρdd = 1089,77 kg/m3 + Tra bảng [1-91] → µdd = 0,78 10-3 Ns/m2 + Tra bảng [1-172] → Cdd = 3781,54 J/kg.độ + Tính hệ số dẫn nhiệt λdd theo [1-123] : λ = A.C.ρ.(1/3 , W/m.độ SVTH : L ớp KTHH Trường đại học Bách Khoa Hà Nội - Đồ án QT – TB CNHH & Thực phẩm A : hệ số phụ thuộc mức độ liên kết chất lỏng Chất lỏng liên kết → A = 3,58.10-8 Đổi phần mol : X = = = 6,74% - Tính khối lượng mol M : M = = = 19,48 kg/kmol - Thay số : λ = 3,58.10-8 3781,54 1089,77.(1/3 = 0,564 W/m.độ b Các thông số nước : Tại ts1 = 118,732 ºC + Tra bảng [1-12] → ρnc = 944,36 kg/m3 + Tra bảng [1-96] → µnc = 0,235 10-3 Ns/m2 + Tra bảng [1-172] → Cnc = 4272,15 J/kg.độ + Tính hệ số dẫn nhiệt λnc theo [1-123] : λ = A.Cp.ρ.(1/3 , W/m.độ A - hệ số, nước chất lỏng liên kết → A = 3,58.10-8 M – Khối lượng mol, M = 18 kg/kmol Thay số : λ = 3,58.10-8 4272,15 944,36.(1/3 = 0,541 W/m.độ c Tính ψ1 theo [5-324] : Ψ1 = ()0,565 [ (2 ]0,435 = ()0,565 [ (2 ]0,435 = 0,653 < Hệ số hiệu chỉnh nồi thứ : a Các thông số dung dịch : ts2 = 69,10 ºC x2 = 24% khối lượng + Tra bảng [1-9] → ρdd = 1232,7 kg/m3 SVTH : L ớp KTHH Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án QT – TB CNHH & Thực phẩm + Tra bảng [1-91] → µdd = 2,01 10-3 Ns/m2 + Tra bảng [1-172] → Cdd = 3677,91 J/kg.độ + Tính hệ số dẫn nhiệt λdd theo [1-123] : λ = A.C.ρ.(1/3 , W/m.độ Tính tương tự tính với nồi : - Đổi phần mol : x = 28% khối lượng → X = 12,44 % Khối lượng mol : M = 20,74 kg/kmol Thay số : λ = 3,58.10-8 3766,91 1232,7 (1/3 = 0,649 W/m.độ b Các thông số nước ngưng : ts2 = 69,10 ºC + Tra bảng [1-12] → ρnc = 938,71 kg/m3 + Tra bảng [1-91] → µnc = 0,41 10-3 Ns/m2 + Tra bảng [1-172] → Cnc = 4190,00 J/kg.độ + Tính hệ số dẫn nhiệt λnc theo [1-123] : λ = A.C.ρ.(1/3 , W/m.đ λ = 3,58.10-8 4190 938,71 (1/3 = 0,526 W/m.độ c Tính ψ2 theo [5-324] : Ψ2 = ()0,565 [ (2 ]0,435 = ()0,565 [ (2 ]0,435 = 0,675 < 10.3.3 Tính α2i : theo [5.234] Thay số : Nồi : α21 = 45,3 1,6680,5 7,392,33 0,653 = 4036,93 W/m2.độ Nồi : α22 = 45,3 0,2110,5 9,842,33 0,675 = 2892,16 W/m2.độ 10.4 Tính nhiệt tải riêng phía dung dịch q2i : theo [5-234] Nồi : q21 = α21 ∆t21 = 4036,93 7,39 = 29832,91 W/m2 Nồi : q22 = α22 ∆t22 = 2892,16 9,84 = 28458,82 W/m2 SVTH : L ớp KTHH Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án QT – TB CNHH & Thực phẩm 10.5 So sánh q1i q2i : - Sai số nồi : SS1 = 100% = 100% = 2,34% < 5% → chấp nhận giả thiết ∆t11 = 3,00 ˚C qtb1 = = = 29492,09 W/m2 -Sai số nồi : SS2 = 100% = 100% = 2,32% < 5% → chấp nhận giả thiết ∆t12 = 3,20 ˚C qtb2 = = = 28135,76 W/m2 Lập bảng số liệu : Nồi ∆t2 Ψ α2, W/m2.độ q2, W/m2 7,39 0,653 4036,93 29832,91 9,84 0,675 2892,16 28458,82 11 Xác định hệ số truyền nhiệt lượng nhiệt tiêu tốn : 11.1 Xác định hệ số truyền nhiệt nồi : Tính theo phương pháp phân phối hiệu số nhiệt độ hữu ích theo điều kiện bè mặt truyền nhiệt nồi K1 = = = 911,15 W/m2.độ K2 = = = 802,32 W/m2.độ 11.2 Lượng nhiệt tiêu tốn : Q1 = = = 3’089’926,16 W Q2 = = = 2’941’031,11 W 12 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích cho nồi : 12.1 Lập tỷ số cho nồi : Q1/K1 = = 3391,24 m2.độ Q2/K2 = = 3665,66 m2.độ 12.2 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích cho nồi : theo [4-155] ∆Ti* = (∆T1 + ∆T2) SVTH : L ớp KTHH Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án QT – TB CNHH & Thực phẩm Thay số : ∆T1* = (32,368 + 35,086) = 31,42 ºC ∆T2* = (32,368 + 35,086) = 35,04 ºC 13 So sánh ∆Ti* ∆Ti : - Sai số nồi : ε1 = 100% = 100% = 2,68% < 5% - Sai số nồi : ε2 = 100% = 100% = 0,13% < 5% Vậy chấp nhận giả thiết phân phối áp suất : ∆P1 : ∆P2 = 2,4 : Lập bảng số liệu : Nồi Ki, W/m2.độ 911,15 802,32 Qi, W 3’089’926,1 2’941’031,1 ∆Ti, ºC ∆Ti*, ºC Sai số ε, % 32,368 31,42 2,68 35,086 35,04 0,13 14 Tính bề mặt truyền nhiệt F : theo phương thức bề mặt truyền nhiệt nồi nhau, tính theo [4-154] F1 = = = 107,93 m2 F2 = = = 106,62 m2 Có F1 = F2 =107 m2 → thỏa mãn SVTH : L ớp KTHH Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án QT – TB CNHH & Thực phẩm IV – TÍNH THIẾT BỊ PHỤ : Tính thiết bị ngưng tụ Bazomet : Hệ thống thiết bị : SVTH : L ớp KTHH Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án QT – TB CNHH & Thực phẩm ý ng ý ?c ý?c vàný?cngýng õi ?t b?thu h?i b?t ? ng Bazomet T?m ngãn h?nh bán nguy?t ? ng d?n khí khơng ngý ng Thân Thiết bị thu hồi bọt Ống Bazomet Tấm ngăn hình bán nguyệt Ống dẫn khí khơng ngưng 2.Tính toán thiết bị ngưng tụ : - Các số liệu cần biết : Hơi thứ nồi cuối hệ thống cô đặc : W2 = 5114,47 kg/h Áp suất thiết bị ngưng tụ : Png = 0,2 at Các thông số vật lý thứ khỏi nồi cuối hệ thống : t2’ = 60,7 ºC i2’ = 2608,44 103 J/kg r2’ = 2355,56 103 J/kg 2.1 Tính lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ Gn : Tính theo [2-74] : Gn = , kg/h Trong : tđ, tc – nhiệt độ đầu cuối nước lạnh, chọn tđ = 30 ºC, tc = 50ºC SVTH : L ớp KTHH Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án QT – TB CNHH & Thực phẩm Cn – nhiệt dung riêng trung bình nước, J/kg.độ Có ttb = = = 40 ºC Tra Cn theo [1-168] : Cn = 0,998 kcal/kg.độ = 4178,43 J/kg.độ Thay số : Gn = Gn = 146’852,59 kg/h 2.2 Tính đường kính D thiết bị ngưng tụ: tính theo [2-84] D = 0,02305 ()0,5 ,m Trong : ρh – khối lượng riêng hơi, kg/m3 ωh – tốc độ thiết bị ngưng tụ, m/s Thiết bị ngưng tụ làm áp suất 0,2at → chọn ωh = 35 m/s Tra bảng [1-314] : P = 0,2 at → ρh = 0,1283 kg/m3 Thay số : D = 0,02305 ()0,5 = 0,778 m Quy chuẩn theo bảng VI.8 [4-88] : Dtrong = 800 mm 2.3 Tính kích thước ngăn : tính theo [2-85] : - Chiều rộng ngăn có dạng hình viên phân b : b = = + 50 = 450 mm - Trên ngăn có đục nhiều lỗ nhỏ, chọn : + Đường kính lỗ : dlỗ = mm (nước làm nguội nước bẩn) + Chiều dày ngăn : δ = mm + Chiều cao gờ cạnh ngăn : 40 mm + Tốc độ tia nước : ωc = 0,62 m/s - Tổng diện tích bề mặt lỗ toàn mặt cắt ngang thiết bị ngưng tụ : f = = = 0,0658 m - SVTH : Tính bước lỗ t : theo [2-85] L ớp KTHH Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án QT – TB CNHH & Thực phẩm Lỗ xếp theo hình lục giác : t = 0,866 dlỗ ()0,5 + dlỗ ,mm Trong chọn = 0,1 (nước bẩn) Thay số : 0,866 0,5 + = 6,37 mm 2.4 Tính chiều cao thiết bị ngưng tụ : theo [2-85] - Chiều cao thiết bị ngưng tụ xác định theo mức độ đun nóng - Mức độ đun nóng nước xác định theo [2-85] : β= Trong : tbh – nhiệt độ bão hòa ngưng tụ, tbh = tng = 59,7 ºC Suy β = = 0,673 Quy chuẩn theo bảng VI.7 [2-86] : β = 0,687 , đường kính tia nước 2mm Lập bảng số liệu : Số bậc - Số ngăn K/c ngăn, mm 400 Thời gian rơi qua bậc, s 0,41 Xác định chiều cao hữu ích thiết bị ngưn tụ : Thực tế, thiết bị ngưng tụ từ lên thể tích gi ảm dần, khoảng cách hợp lý ngăn nên giảm dần từ lên khoảng 50 mm cho ngăn → chiều cao thực tế thiết bị : H = 450 + 400 + 350 + 300 + 250 + 200 + 150 + 100 = 2200 mm = 2,2 m Khoảng cách trung bình ngăn cuối : 450 mm 2.5 Kích thước ống Bazomet : theo [2-86] - Đường kính ống Bazomet : d =( )0,5 ,m ω – tốc độ hỗn hợp nước chất lỏng ngưng chảy ống Bazomet, m/s; chọn ω = 0,5 m/s SVTH : L ớp KTHH Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án QT – TB CNHH & Thực phẩm Thay số : d =( )0,5 = 0,328 m - Xác định chiều cao ống Bazomet : H = h1 + h2 + 0,5 ,m/s Trong : + h1 – chiều cao cột nước ống Bazomet : h1 = 10,33 = 10,33 = 8,33 m + h2 – chiều cao cột nước ống Bazomet để khắc phục toàn trở lực nước chảy ống : SVTH : L ớp KTHH